DE964068C - Verstaerkeranordnung mit mehreren aus einer gemeinsamen Stromquelle gespeisten Vorstufen fuer rechteckfoermige Impulse - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

p 17016 VIIIa I'21 a¹ D

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung rechteckförmiger elektrischer Impulse sowie zur Umwandlung andersartiger Impulse in rechteckförmige, und zwar für beliebige Impulsdauern und Impulsfrequenzen einschließlich einmaliger, d. h. einzelner nichtperiodischer Impulse. Derartige Impulse mit genau rechteckförmigem Verlauf werden insbesondere für eine Reihe meßtechnischer Anwendungen benötigt.

Die für die Verstärkung von periodischen oder nichtperiodischen Impulsen benutzten Schaltungen bzw. die Verstärkung von periodischen oder nichtperiodischen Auf- und Abwärtsspannungssprüngen benutzten Schaltungen stellen eine bestimmte Type von Breitbandverstärkern dar, die einmal durch die Wahl ihrer Bandbreite den Anforderungen für die Verstärkung von Spannungssprüngen oder Impulsen genügen müssen und andererseits bei der Verstärkung eine Gleichstromkomponente mit zu übertragen haben. Es handelt sich also um Breitbandverstärker, die bis zur Frequenz Null zu verstärken gestatten. Wegen dieser Anforderung sind diese Schaltungen bei Verwendung mehrstufiger Verstärker so durchgeführt, daß sich aufeinanderfolgende Röhrenstufen in galvanischer Kopplung befinden. Ein Beispiel stellt die Schaltung dar, die in der USA.-Patentschrift 2 075 966 zur Darstellung gebracht ist. Wegen der bei galvanischer Kopplung aufeinanderfolgender Röhrenstufen erforderlichen Potentialverschiebung der Kathode einer nachgeschalteten Stufe zur Kathode der vor-

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hergehenden wird in dem USA.-Patent von sorgsam aufgebauten und einzustellenden Spannungsteilern, die direkt von dem Netzgerät gespeist werden, Gebrauch gemacht. Mit einer solchen Schaltung sind indessen schwerwiegende Nachteile für die Verstärkung von Impulsen und Sprungspannungen verbunden, weil die Spannungsteiler mit ihren Zuleitungsinduktivitäten und schädlichen Kapazitäten in den Verstärkungsvorgang mit eingehen. Das ίο wirkt sich dahingehend aus, daß störende Ein-- und Ausschwingvorgänge an Spannungssprüngen, also an den Vorder- und Rückflanken der verstärkten Impulse auftreten und dadurch ihre ursprüngliche Form im Spannungszeitdiagramm in unerwünschter und häufig unzulässiger Weise verändern.

Da es bei sehr vielen Aufgaben, bei denen derartige Verstärkeranordnungen nützlich zur Anwendung kommen können, nur darauf ankommt, daß im Spannungs- oder Stromzeitdiagramm rechteckförmige elektrische Impulse entstehen, wird eine Schaltung gewählt, durch die sowohl vermieden wird, daß die Schaltungsinduktivitäten und schädlichen Kapazitäten von den Spannungsteilern in den Verstärkungsvorgang mit eingehen, als auch erreicht wird, daß jeweils entweder durch Abschneiden der Spannungssprünge bzw. Impulse in positiver Richtung durch Gitterstrombegrenzung oder in negativer Richtung durch Aussteuerung aus dem Kennlinienbereich einer Verstärkerröhre von Verstärkerstufe zu Verstärkerstufe die rechteckförmige Gestalt der elektrischen Impulse erhalten bzw. eine solche erzwungen wird.

Die Erfindung geht aus von einer solchen Verstärkeranordnung mit mehreren aus einer gemeinsamen Stromquelle gespeisten Vorstufen mit Mehrgitterröhren und einer getrennt gespeisten Endstufe, vorzugsweise unter Verwendung von Pentoden, zum Verstärken reehteickförmiger Impulse. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreiswiderstand 3, 6, 9 jeder Vorstufe 2, 5, 8 zwischen Anode und Schirmgitter geschaltet ist und das Steuergitter einer folgenden Vorstufe unmittelbar mit der Anode und die Kathode unmittelbar mit dem Schirmgitter der vorhergehenden Vorstufe verbunden ist und daß ferner die verstärkten Impulse, zumindest von einer Stufe an, bei der Steuerung nach oben durch Gitterstromeinsatz und nach unten der Kennlinienunterschreitung geradlinig begrenzt werden, wobei die Schirmgitter- und Kathodenspannungen zweckmäßig durch Glimmstreckenspannungsteiler stabilisiert sind. Dabei werden die stufenweise ansteigenden Betriebsgleichspannungen ohne Zwischenschaltung von Induktivitäten und Kapazitäten einer unterteilten Spannungsquelle entnommen, wofür beispielsweise ein Glimmstreckenspannungsteiler verwendet werden kann. Durch diese Schaltungsweise wird erreicht, daß nur diejenigen Spannungen in irgendeiner der Verstärkerstufen der kaskadenartigen Verstärkeranordnung verstärkt werden, die sich aus dem Produkt des in der Vorröhre entstehenden Stromes und dem Anodenarbeitswiderstand ergeben, wenn von dem Röhreninnenwiderstand abgesehen wird. Dadurch ist die Anordnung auch sehr unempfindlich gegen Schwankungen der Spannungen der einzelnen Spannungsteilerstufen. Ferner wird hierdurch eine besonders wirksame Unterdrückung von restlichen Störungen der Rechteckform sowie eine Umformung· von Impulsen beliebiger Form in Rechteckimpulse erreicht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die aus einer getrennten Stromquelle gespeiste Endröhre so an die ihr vorhergehende Steuerröhre geschaltet ist, daß ihr Gitter direkt mit der Anode verbunden und ihr Kathodenpotential gegenüber der Gitterspannung mittels eines regelbaren Spannungsteilers veränderbar ist. Durch die getrennte Stromversorgung der Endstufe erreicht man, daß die bei einer Regelung der Impulsdauer oder Stromstärke auftretenden Belastungsänderungen durch die relativ starken Ströme der Endstufe nicht auf die Stromversorgung der für die der Gewährleistung einer sauberen Impulsform dienenden Anfangsstufen zurückwirken.

Die Regelung der Stromstärke in der Endstufe erfolgt nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch, daß der Arbeitspunkt der Steuergitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie jeweils so weit in das Gebiet negativer Gitterspannungen verschoben wird, daß nur ein der einzuregelnden Stromstärke entsprechender Teil der Gitterspannungsimpulse im Bereich der Kennlinie wirksam wird. Auf diese Weise arbeitet man stets in einem Gebiet besonders hohen Innenwiderstandes der Endröhre und erreicht eine Erhaltung der Stromkurvenform auch dann, wenn der Nutzwiderstand eine starke Frequenzabhängigkeit besitzt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung bedeutet

Abb. ι eine beispielsweise Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Abb. 2 eine Darstellung des Verlaufs der Impulsspannungen bzw. -ströme an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung.

In Abb. ι bedeutet 1 einen Glimmstrecken-. spannungsteiler, der von einer Gleichspannungsquelle mit einer Spannung U_ai betrieben wird. Die Röhre 2 liegt mit ihrer Kathode am Nullpotential des Spannungsteilers. Das Steuergitter erhält von einem Impulsgenerator die zu verstärkende oder umzuformende Impuls spannung «,·. Das Schirmgitter von Röhre 2 ist direkt, die Anode über den Widerstand 3 mit dem ersten positiven Abgriff des Spannungsteilers 1 verbunden. Das Schirmgitter von Röhre 2 steht andererseits unmittelbar mit der Kathode von Röhre 5, die Anode von Röhre 2 unmittelbar mit dem Steuergitter von Röhre 5 in Verbindung. Widerstand 6 und Kondensator 7 sind in der gleichen Weise mit Röhre 5 schaltungsmäßig verbunden wie Widerstand 3 und Kondensator 4 mit Röhre 2: Auch die Verbindung zwischen Röhre 5 und Röhre 8 ist in der gleichen Weise vorgenommen wie die Verbindung zwischen

Röhre 2 und Röhre 5; das entsprechende gilt für die Beschallung der Röhre 8 mit dem Widerstand g und dem Kondensator io.

Die Endstufenröhre 11 erhält aus einer getrennten Spannungsquelle ihre Anodenspannung U_a.> über den Nutzwiderstand 12 und ihre Schirmgitterspannung über den Vorwiderstand 13. Die Schirmgitterspannung wird durch die Glimmstrecke 14 stabilisiert. Das Nullpotential dieser Spannungsquelle wird im Verhältnis zu dem Potential des übrigen Schaltungsteils durch das Potentiometer 15 eingeregelt. Das eine Ende des Potentiometers 15 ist mit dem vorletzten Abgriff des Glimmstreckenspannungsteilers ι verbunden, das andere Ende kann mittels des Schalters 16 wahlweise an den Mittelabgriff oder an den Endabgriff des Spannungsteilers 1 gelegt werden. Mit dem Schalter 16 ist der Schalter 17 mechanisch gekuppelt; bei seiner Betätigung wird das Gitter der Röhre 11 entweder mit der Anode der Röhre 5 oder mit der Anode der Röhre 8 verbunden. In die Verbindungsleitung zwischen der Kathode der Röhre 11 und dem Potentiometer 15 ist zum Zweck der Vergrößerung des Leitungswiderstandes der Widerstand 18 geschaltet; Kondensator 19 dient im Zusammenhang damit dem wechselstrommäßigen Kurzschluß der Verbindungsleitungen zwischen den beiden Spannungsquellen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei angenommen, daß ein positiver Spannungsimpuls u_t mit dem in Abb. 2 a dargestellten zeitlichen Verlauf auf das Steuergitter der Röhre 2 gelange.

Bei ausreichender Amplitude der Spannungsimpulse entsteht in Röhre 2 ein Anodenstrom i_a2 mit dem in Abb. 2 b dargestellten zeitlichen Verlauf; die obere Begrenzung des Stromes wird durch Gitteristromeinsatz verursacht. Zur Vermeidung von Ein- und Ausschwingvorgängen ist es erforderlich, daß die Zuleitungen zum Spannungsteiler ι bei höheren Frequenzen kapazitiv kurzgeschlossen werden, was durch den Kondensator 4 geschieht. Der Anodenstrom i_a2 hat ein impulsmäßiges Absinken der Anodenspannung der Röhre 2 und damit zugleich ein Absinken der Steuergitterspannung der Röhre S zur Folge; der in dieser Röhre im Ruhezustand fließende Anodenstrom J₀₅ wird also impulsmäßig unterbrochen (vgl. Abb. 2c). Wegen der direkten Verbindung der fraglichen Elektroden der Röhren 2 und S erfolgt diese Unterbrechung derart, daß keine Verzögerungen oder Einschwingvorgänge auftreten können. Der Kondensator 7 sorgt für die Kurzschließung der Spannungszuleitungen im Anodenkreis der Röhre 5 in der gleichen Weise wie Kondensator 4 bei Röhre 2. In der Stufe der Röhre 5 tritt infolge der Strombegrenzung am unteren Knick der Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie eine wesentliche Verbesserung der Rechteckform ein.

Beim Übergang von Röhre 5 auf Röhre 8 vollzieht sich der gleiche Vorgang wie beim Übergang von Röhre 2 auf Röhre 5. Man erhält hier wieder positive Anodenstromimpulse, deren Form noch weiter verbessert ist (vgl. Abb. 2d).

Röhre 11 dient der Regelung der Stromstärke im Verbraucherkreis, der durch den Nutzwiderstand 12 dargestellt wird. Je nachdem, ob die Schalter 16 und 17 auf Stellung I oder auf Stellung II stehen, gelangen auf das Gitter der Röhre 11 positive Spannungsimpulse oder eine von negativen Spannungsimpulsen unterbrochene Gleichspannung gleicher Amplitude. Zunächst sei Stellung I betrachtet. In diesem Falle liegt die Kathode der Röhre 11 potentialmäßig zwischen dem Mittelabgriff des Glimmstreckenspannungsteilers 1 und dem darauffolgenden positiven Abgriff, dem Steuergitter der Röhren an der Anode der Röhre 5. Bei einem positiven Spannungsimpuls am Steuergitter der Röhre 2 gelangt also ein positiver Spannungsimpuls mit der beschriebenen Verbesserung der Rechteckform auf das Steuergitter der Röhre 11. Die Stärke des in Röhre 11 und damit im Verbraucherkreis fließenden Anodenimpulsstromes i_an kann durch Wahl der Ruhespannung zwischen Steuergitter und Kathode mittels des Potentiometers 15 eingeregelt werden.

In Stellung II der Schalter 16 und 17 liegt die Kathode von Röhre n potentialmäßig zwischen dem letzten und vorletzten Abgriff des Spannungsteilers 1, das Steuergitter der Röhre 11 am Anodenpotential der Röhre 8. Im Ruhezustand fließt in Röhre n infolgedessen ein Anodengleichstrom von der Größe des in Schalterstellung I fließenden Impulsstromes. Bei einem positiven Spannungsimpuls im Verstärkereingang wird die Anodenspannung in Röhre 8 und damit zugleich auch die Steuergitterspannung der Röhre 11 negativ, der Anodenstrom der Röhre 11 wird also impulsmäßig unterbrochen. Die Regelung der Stromstärke erfolgt genauso, wie im vorigen Absatz beschrieben.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verstärkeranordnung mit mehreren aus einer gemeinsamen Stromquelle gespeisten Vor-

' stufen mit Mehrgitterröhren und einer getrennt gespeisten Endstufe, vorzugsweise unter Verwendung von Pentoden, zum Verstärken rechteckförmiger Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreiswiderstand (3, 6, 9) jeder Vorstufe (2, 5, 8) zwischen Anode und Schirmgitter geschaltet ist und das Steuergitter einer folgenden Vorstufe unmittelbar mit der Anode und die Kathode unmittelbar mit dem Schirmgitter der vorhergehenden Vorstufe verbunden sind und daß ferner die verstärkten Impulse, zumindest von einer Stufe an, bei der Steuerung nach oben durch Gitterstromeinsatz und nach unten durch Kennlinienunterschreitung geradlinig begrenzt werden, wobei die Schirmgitter- und Kathodenspannungen zweckmäßig durch Glimmstreckenspannungsteiler stabilisiert sind.

2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer ge-

trennten Stromquelle gespeiste Endröhre so an die ihr vorhergehende Steuerröhre geschaltet ist, daß ihr Gitter direkt mit der Anode verbunden und ihr Kathodenpotential gegenüber der Gitterspannung mittels eines regelbaren Spannungsteilers veränderbar ist.

3. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Steuergitterspannungs-Anodenstrom-Linie jeweils so weit in das Gebiet negativer Gitterspannungen verschoben ist, daß nur ein der einzuregelnden Stromstärke entsprechender Teil der Gitterspannungsimpulsß im Bereich der Kennlinie wirksam wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2075966;
Pitsch, Lehrbuch der Funkempfangstechnik, 1948, S. 273, Abb. 448, 449.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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